應(yīng)用于哈特曼傳感器的球面微透鏡陣列

哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和高速CCD構(gòu)成，波前經(jīng)過(guò)微透鏡陣列聚焦到CCD焦面上，經(jīng)過(guò)質(zhì)心計(jì)算及波前重構(gòu)算法可以得到探測(cè)波面。

入射波前到達(dá)微透鏡陣列后進(jìn)行光線分束，在微透鏡焦平面上形成光斑陣列，若入射波面含有波前畸變，則焦面CCD上得到的光斑將偏離理想位置，形成不規(guī)則的光斑陣列，這些散亂光斑與理想位置的偏離量包含了波面的畸變信息，通過(guò)計(jì)算這些散亂光斑的質(zhì)心位置偏離理想位置的大小并運(yùn)用波前重構(gòu)算法可將入射波前重構(gòu)出來(lái)。

維爾克斯光電專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量球面型塑料微透鏡陣列，可以應(yīng)用于CCD成像，其主要是用于哈特曼波前傳感器。哈特曼波前傳感器的基本思想是把一個(gè)待測(cè)區(qū)域內(nèi)完整波前劃分為很多小區(qū)域疊加的形式，通過(guò)使用密布的微透鏡陣列對(duì)波前來(lái)實(shí)現(xiàn)劃分，入射波前經(jīng)過(guò)微透鏡陣列后在微透鏡陣列的焦平面上匯聚于一系列焦點(diǎn)上，位于焦平面上的CCD能夠捕獲光波前通過(guò)每一個(gè)微透鏡后匯聚點(diǎn)所在的位置，畸變的波前經(jīng)過(guò)微透鏡陣列后，其匯聚點(diǎn)相對(duì)于理想平面波垂直入射微透鏡陣列所形成的匯聚點(diǎn)（微透鏡的焦點(diǎn)）之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏移量。通過(guò)計(jì)算每個(gè)光波匯聚點(diǎn)的質(zhì)心相對(duì)于微透鏡焦點(diǎn)在焦平面上的偏移量，可以計(jì)算各子波面的平均法線斜率。

維爾克斯光電專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)隨機(jī)微透鏡陣列，隨機(jī)微透鏡陣列的微透鏡子單元幾何中心偏離光軸隨機(jī)分布，呈現(xiàn)非周期狀態(tài)，即幾何中心相對(duì)于光軸存在不同的中心離軸量，該離軸量在一定取值范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生，達(dá)到一個(gè)非周期的目的。隨機(jī)微透鏡陣列的邊界和空間分布任意，且每個(gè)微透鏡的曲率半徑，圓錐常數(shù)，和非球面系數(shù)均為變量，這些變量是數(shù)學(xué)上表示垂直剖面的所有垂直函數(shù)，符合允許范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定值概率的概率分布函數(shù)。

隨機(jī)微透鏡陣列的特點(diǎn)：

-空間分布隨機(jī)

-曲率半徑為變量

-邊界任意

隨機(jī)微透鏡陣列的應(yīng)用：

-光束勻化

-抑制散斑

-TOF鏡頭

隨機(jī)微透鏡陣列應(yīng)用于光束勻化：

隨機(jī)微透鏡陣列：

隨機(jī)微透鏡陣列可以應(yīng)用于TOF（Time of Flight,飛行時(shí)間）技術(shù)中，TOF是一種深度信息測(cè)量方案，主要由紅外光投射器和接收模組構(gòu)成。投射器向外投射紅外光，紅外光遇到被測(cè)物體后反射，并被接收模組接收，通過(guò)記錄紅外光從發(fā)射到被接收的時(shí)間，計(jì)算出被照物體深度信息，并完成3D建模。TOF已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在測(cè)繪、物流、無(wú)人駕駛等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，方案成熟。其中TOF鏡頭所使用的光學(xué)透鏡為隨機(jī)微透鏡陣列，用于匯聚反射光線，在光學(xué)傳感器上成像。

四邊形微透鏡陣列和六邊形微透鏡陣列：

塑料折射型微透鏡陣列的基本參數(shù)：

-焦距一致性：±10%

-子單元最小尺寸0.01mm，最大尺寸2mm

-最大加工尺寸150 x 150mm

-微透鏡間隙：<0.3μm，最好可以做到0.1μm

-耐溫性：塑料基底80℃至100℃，石英貼膜塑料基底200℃

-矢高：400μm

-表面粗糙度：10nm，最好可以做到1nm

-基底厚度：塑料基底0.5至1mm，石英貼膜塑料基底1.5至2mm

-填充因子：≥98%

-排列方式：四邊形，六邊形，隨機(jī)排列

-基底材料：PET或UV固化膠，可以在UV固化膠底部添加石英貼膜

-微透鏡材料：PET或UV固化膠

塑料折射型微透鏡陣列的特點(diǎn)：

-工作波段寬，從紫外波段到近紅外波段

-雜散光小

-集成度高

-單元尺寸小

-傳輸損耗小

-質(zhì)量輕

-可加工成正透鏡和負(fù)透鏡

維爾克斯光電同時(shí)提供塑料型衍射微透鏡陣列，微透鏡陣列中每一個(gè)微透鏡子單元使用的是菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡的原理是基于菲涅耳波帶片的近場(chǎng)衍射。將菲涅耳波帶片中的環(huán)帶制作成相應(yīng)的位相結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)光束的聚焦，具有很高的衍射效率。

衍射微透鏡與傳統(tǒng)的折射透鏡一樣, 也有聚光和成像的作用, 由于它體積小、質(zhì)量輕、集成度高、易于復(fù)制而被廣泛地應(yīng)用于紅外光電探測(cè)器、圖像識(shí)別和處理、光通訊、激光醫(yī)學(xué)及空間光學(xué)等許多領(lǐng)域。

通過(guò)注塑成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的塑料衍射微透鏡陣列，在光學(xué)傳感，紅外探測(cè)等方面有廣泛應(yīng)用。塑料型衍射微透鏡陣列聚焦性好，中央光斑直徑小，可以有效減少光斑間的串?dāng)_。光斑串?dāng)_：微透鏡的焦斑能量主要集中在中央光斑范圍內(nèi)，當(dāng)中央光斑直徑小于微透鏡列陣周期時(shí)，光斑之間可看作無(wú)串?dāng)_。隨著中央光斑的增大，光斑斑之間將明顯交疊，即發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象，這將導(dǎo)致光斑與周?chē)h(huán)境對(duì)比度降低，甚至導(dǎo)致光斑不能分辨。

由于連續(xù)面型衍射微透鏡難以加工，人們常用多臺(tái)階結(jié)構(gòu)來(lái)近似連續(xù)面型結(jié)構(gòu)，當(dāng)環(huán)帶數(shù)較大時(shí)，越靠近微透鏡邊緣處臺(tái)階寬度越小，達(dá)到微米甚至納米量級(jí)，產(chǎn)生亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，此時(shí)，作為分析手段的標(biāo)準(zhǔn)衍射理論的假設(shè)和近似不再成立，需要采用嚴(yán)格的矢量衍射分析方法。

衍射微透鏡對(duì)于紅外成像光學(xué)系統(tǒng)具有特別適用性，因?yàn)榧t外光的長(zhǎng)波長(zhǎng)，相應(yīng)衍射結(jié)構(gòu)最小特征尺寸比可見(jiàn)光系統(tǒng)要大，加工相對(duì)容易，對(duì)表面粗糙度要求更低。衍射微透鏡的缺點(diǎn)是其非連續(xù)表面輪廓所引起的雜散光較多，降低了能量利用效率。

塑料型衍射微透鏡陣列的特點(diǎn)：

-聚焦性好，光斑小

-衍射效率高

-厚度小

-重量輕

-容易復(fù)制

-雜散光多

-能量利用效率低

塑料折射型和衍射型微透鏡陣列的應(yīng)用：

-激光聚焦

-光束整形

-波前較正

-照明光源

-光學(xué)數(shù)據(jù)處理

柱面微透鏡陣列由小柱面鏡沿一維方向排列組成。它在將入射光擴(kuò)展為線性的同時(shí)，也使光源能量沿?cái)U(kuò)展方向均勻化。主要應(yīng)用于光學(xué)檢測(cè)和激光加工中。

柱面微透鏡陣列：

柱面微透鏡陣列的基本參數(shù)：

-基底材料：PET或UV固化膠，可以在UV固化膠底部添加石英貼膜

-微透鏡材料：PET或UV固化膠

-波長(zhǎng)范圍：紫外到近紅外光

-排列方式：一維排列

-透鏡間距：10μm~1000μm

-間距誤差：0.2μm

-填充因子：≥98%

柱面微透鏡陣列的應(yīng)用：

-勻化和擴(kuò)展各種光源

-產(chǎn)生非高斯型線性模式用于焊、鉆或激光燒蝕應(yīng)用

-快速軸平行光

哈特曼傳感器微透鏡陣列，紫外到近紅外波段

哈特曼傳感器微透鏡陣列，紫外到近紅外波段